CH697842B1 - Blendschutzvorrichtung. - Google Patents

Abstract

Die Blendschutzvorrichtung beinhaltet ein aktives Filterelement (11) mit beeinflussbarer Lichttransmission, bspw. eine Flüssigkristallzelle. Ausserdem beinhaltet die Blendschutzvorrichtung eine elektronische Schaltung (3) mit einer Auswerteschaltung (31) zur Auswertung des Ausgangssignals eines Lichtsensors (5) und mit einer Ansteuerschaltung (32) zur Ansteuerung des Filterelementes (11), welche elektronische Schaltung (3) auf der Innenfläche (22) einer Leiterplatte (2) angebracht ist. Ein Abschirmelement (4) aus elektrisch leitendem Material zur Abschirmung der Auswerteschaltung (31) gegen elektromagnetische Strahlung der Ansteuerschaltung (32) ist auf derselben Innenfläche (22) befestigt. Dank dem Abschirmelement (4) kann die Auswerteschaltung (31) äusserst empfindlich gestaltet werden, ohne dass sie übermässig durch elektromagnetische Einflüsse gestört würde. Das Abschirmelement (4) hält sowohl störende elektromagnetische Einflüsse, die von der Umgebung (91) der Blendschutzvorrichtung kommen, als auch solche, die in der Blendschutzvorrichtung selbst entstehen, von der Auswerteschaltung (31) fern.

Description

  [0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Blendschutzvorrichtungen, welche bspw. als Sichtfenster für Schweisserschutzmasken, -helme oder -brillen verwendet werden. Sie betrifft eine Blendschutzvorrichtung gemäss Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

[0002] Moderne Blendschutzvorrichtungen, welche bspw. als Sichtfenster für Schweisserschutzmasken, -helme und -brillen verwendet werden, enthalten als aktives Filterelement typischerweise mindestens eine Flüssigkristallzelle (Liquid-crystal-Zelle, LC-Zelle), welche den Lichtdurchgang mehr oder weniger sperrt, sobald die Aussenlichtintensität eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Zur Detektion der Lichtintensität wird ein Lichtsensor eingesetzt.

   Eine elektronische Schaltung in der Blendschutzvorrichtung umfasst eine Auswerteschaltung für das Sensorausgangssignal und eine Ansteuerschaltung für die Flüssigkristallzelle.

[0003] Der Lichtsensor und die Auswerteschaltung detektieren aus dem Schweisslichtbogen sogenanntes Flackerlicht. Da insbesondere moderne Schweissverfahren mit sehr niedrigen Stromstärken arbeiten, weist das zu delektierende Signal ein extrem niedriges Signal-Rausch-Verhältnis auf. Deshalb ist es schwierig, den Flackerlichtanteil von anderen vorhandenen Lichtanteilen zu unterscheiden und das zu detektierende Signal aus dem Sensorausgangssignal zu extrahieren. Damit die Auswerteschaltung dazu fähig ist, muss sie sehr empfindlich, d.h. mit hoher Verstärkung, ausgelegt und gebaut werden.

   Solche empfindlichen Auswerteschaltungen haben jedoch den Nachteil, dass sie auch empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störsignalen sind. Störende elektromagnetische Einflüsse können bspw. durch Abstrahlungen von elektrischen Motoren, von Leistungsinvertern (z.B. von Schweissanlagen), von Funktelefonen etc. entstehen.

[0004] Bisherige Bemühungen um eine Lösung dieses Problems setzten einerseits an der Auswerteschaltung selbst an. Es wurde versucht, diese so auszulegen, dass sie möglichst wenige Störsignale aufnimmt, indem bspw. kritische Leiterbahnen möglichst kurz gestaltet werden.

[0005] Andererseits hat man erkannt, dass die Auswerteschaltung auch gegen aussen elektromagnetisch abgeschirmt werden sollte.

   Dabei konzentrierte man sich bisher auf die "Aussenseite" oder "Vorderseite" der Blendschutzvorrichtung, d.h. auf diejenige Seite, welche der Trägerperson abgewandt und der Umgebung, von welcher elektromagnetische Störsignale hauptsächlich erwartet werden, zugewandt ist. Eine übliche Massnahme gegen solche Störsignale besteht darin, nur die nach innen gewandte Fläche der Leiterplatte mit elektronischen Komponenten zu bestücken und die nach aussen gewandte Fläche unbestückt zu lassen; gleichzeitig wird die unbestückte Aussenfläche der Leiterplatte mit elektromagnetischen Abschirmmitteln versehen. Solche Abschirmmittel sind typischerweise ein feinmaschiges Gitter aus metallischen Leiterbahnen. Diese Massnahmen bringen zwar gewisse Verbesserungen mit sich.

   Es hat sich jedoch gezeigt, dass die dadurch erreichte EMV-Abschirmung für besonders empfindliche Schaltungen immer noch unbefriedigend ist.

[0006] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Auswerteschaltung oder Teile davon besser als durch die bisher üblichen Massnahmen vor elektromagnetischen Störeinflüssen oder Störabstrahlungen abzuschirmen. Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemässe Blendschutzvorrichtung wie sie im unabhängigen Patentanspruch definiert ist.

[0007] Die Erfindungsidee beruht darauf, die elektronischen Komponenten der Auswerteschaltung nicht nur auf der Seite der unbestückten Leiterplattenfläche ("von aussen"), sondern auch auf der Seite der bestückten Leiterplattenfläche ("von innen") elektromagnetisch abzuschirmen. Es wird also ein zusätzlicher "Schutz hinter der Front" vorgesehen.

   Diese erfindungsgemässe Massnahme bringt wesentliche Verbesserungen gegenüber dem bisher üblichen "Schutz an der Front".

[0008] Die erfindungsgemässe Blendschutzvorrichtung beinhaltet ein aktives Filterelement mit beeinflussbarer Lichttransmission von einem Aussenhalbraum in einen Innenhalbraum und elektronische Komponenten zur Beeinflussung des Filterelementes, welche auf zumindest einer Fläche einer Leiterplatte angebracht sind.

   Weiter beinhaltet die Blendschutzvorrichtung ein elektrisch leitendes Material beinhaltendes Abschirmelement zur Abschirmung von elektronischen Komponenten gegen elektromagnetische Strahlung, welches Abschirmelement auf der zumindest einen Fläche der Leiterplatte angebracht ist.

[0009] Das Abschirmelement zur Verwendung in der erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung beinhaltet elektrisch leitendes Material und weist eine konkave Form auf.

[0010] Die Erfindung erlaubt es, die Auswerteschaltung äusserst empfindlich zu gestalten, ohne dass sie übermässig durch elektromagnetische Einflüsse gestört würde. Störende elektromagnetische Einflüsse kommen einerseits, wie oben beschrieben, von der Umgebung der Blendschutzvorrichtung ("externe Wechselwirkung").

   Andererseits hat sich gezeigt, dass störende elektromagnetische Einflüsse auch in der Blendschutzvorrichtung selbst entstehen können, etwa in der Ansteuerschaltung für die LC-Zelle. Heutige Blendschutzvorrichtungen verwenden nämlich digitale Bausteine, welche störende elektromagnetische Strahlung erzeugen und diese auch an ihre Umgebung abgeben. Auch die LC-Zelle selbst kann unerwünschte elektromagnetische Einflüsse auf die Auswerteschaltung ausüben. Diese "interne Wechselwirkung" ist besonders dann ein Problem, wenn die Blendschutzvorrichtung auf kleinem Raum realisiert werden muss. Das erfindungsgemässe Konzept "Schutz hinter der Front" ermöglicht auch einen Schutz gegen die interne Wechselwirkung.

   Dieser zunächst unerwartete Vorteil ist offensichtlich mit verantwortlich für die aussergewöhnliche Wirksamkeit der Erfindung.

[0011] In manchen Fällen ermöglicht die Erfindung sogar eine Vereinfachung der Auswerteschaltung, weil dank der EMV-Abschirmung auf bestimmte elektronische Filterelemente verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Abschirmung die Schaltung nicht nur gegen elektromagnetische Strahlung, sondern auch gegen andere physikalische und/oder chemische Störeinflüsse schützt, bspw. gegen Schweissausdünstungen der Trägerperson.

[0012] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert erläutert. Dabei zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Explosionszeichnung einer Blendschutzvorrichtung mit einer erfindungsgemäss abgeschirmten Auswerteschaltung,


  <tb>Fig. 2<sep>eine Draufsicht auf die explosionsartig zerlegte Blendschutzvorrichtung von Fig. 1 und


  <tb>Fig. 3<sep>eine erfindungsgemäss abgeschirmte Auswerteschaltung in einer Ansicht von vorn (a), von der Längsseite (b), von hinten (c) sowie von der Querseite (d).

[0013] Fig. 1 und 2 zeigen in einer Explosionszeichnung bzw. einer Draufsicht eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung. Fig. 3 zeigt die elektronische Schaltung mit einer erfindungsgemäss abgeschirmten Auswerteschaltung der Blendschutzvorrichtung der Fig. 1 und 2; darin stellen (a) eine Ansicht von aussen, (b) eine Ansicht von oben, (c) eine Ansicht von innen und (d) eine Ansicht von der Seite dar. In Fig. 3 sind beispielhafte Bemassungen der Teile in Millimetern angegeben.

   Im Folgenden wird diese beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die drei Figuren erläutert, wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Teile bezeichnen.

[0014] Die Blendschutzvorrichtung beinhaltet als Kernstück einen optischen Block 1 mit einem aktiven Filterelement 11, beinhaltend typischerweise mindestens eine Flüssigkristallzelle, welche den Lichtdurchgang von einem Aussenhalbraum 91 in einen Innenhalbraum 92 durch den optischen Block 1 mehr oder weniger sperrt. Weiter beinhaltet die Blendschutzvorrichtung eine Leiterplatte 2. Eine Aussenfläche 21 der Leiterplatte 2 ist mit (nicht eingezeichneten) Abschirmmitteln, bspw. einem feinmaschigen Gitter aus metallischen Leiterbahnen, zwecks Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung von aussen versehen. Auf einer Innenfläche 22 der Leiterplatte ist eine elektronische Schaltung 3 angebracht.

   Die elektronische Schaltung 3 kann bspw. zwei Teilschaltungen 31, 32 umfassen, eine Auswerteschaltung 31 und eine Ansteuerschaltung 32. Auf der Leiterplatte ist auch ein Lichtsensor 5 zur Detektion der Aussenlichtintensität angebracht, welcher mit einer Deckscheibe 51 abgedeckt sein kann. Die Auswerteschaltung 31 dient zur Auswertung des Sensorausgangssignals, die Ansteuerschaltung 32 zur Ansteuerung der Flüssigkristallzelle 11 in Abhängigkeit vom Sensorausgangssignal. Auf der Leiterplatte 2 können elektrische Energiespeicher 6.1, 6.2 wie Batterien montiert sein. Zur Energieversorgung bzw. zur Aufladung der Batterien 6.1, 6.2 können auf der Frontseite der Blendschutzvorrichtung Photoelemente bzw. Solarzellen 7.1, 7.2 vorgesehen sein.

   Zur Blendschutzvorrichtung gehört vorzugsweise eine Kassette, bestehend aus einem Kassettenaussenteil 81 und einem Kassetteninnenteil 82, bspw. aus Kunststoff. Der Kassettenaussenteil 81 ist mit Öffnungen 83, 84, 85.1, 85.2 für die Durchsicht, für den Lichtsensor 5 bzw. für die Solarzellen 7.1, 7.2 versehen, der Kassetteninnenteil 82 mit einer Öffnung 86 für die Durchsicht.

[0015] Über der Auswerteschaltung 31, auf der Innenfläche 22 der Leiterplatte 2, ist ein erfindungsgemässes Abschirmelement 4 angebracht. Es ist derart geformt, dass es die Auswerteschaltung 31 oder auch nur Teile bzw. Komponenten davon abdeckt. Vorzugsweise hat es eine konkave Form in der Art einer Haube, so dass es elektrische und/oder elektronische Komponenten wie Leiterbahnen, Kontakte, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Transistoren, integrierte Schaltungen etc. abdecken kann.

   Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Abschirmelement 4 eine im Wesentlichen rechteckige Platte 41 mit einer Fläche von ca. 35X9 mm<2> und einer Dicke von ca. 0.5 mm, sowie zumindest teilweise hervorstehende Ränder 42 von ca. 1.5 mm Höhe, welche entlang des Umfangs der Platte 41 angeordnet sind. Diese Ränder 42 sind auf der Innenfläche 22 der Leiterplatte 2 angebracht und mit dieser vorzugsweise irreversibel stoffschlüssig verbunden, bspw. durch Löten, Kleben, Punktschweissen, Ultraschallschweissen, mechanische Reibung etc. Auch kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindungen sind jedoch möglich.

   Mit diesen kann das Abschirmelement 4 reversibel auf der Leiterplatte 2 angebracht, je nach Bedarf wieder entfernt und möglicherweise an einer anderen Stelle neu angebracht werden.

[0016] Das Abschirmelement 4 muss elektrisch leitendes Material beinhalten, um elektromagnetische Störeinflüsse wie ein faradayscher Käfig von der Auswerteschaltung 31 fernzuhalten. Es kann bspw. aus Metall, aus an einer Oberfläche metallisiertem Kunststoff, aus mit Metallpartikeln versetztem Kunststoff, aus Flexprint (d.h. einer Kunststofffolie, auf welcher elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind) etc. bestehen. Abschirmelemente 4 aus Metall können bspw. aus Kupfer, Messing, verzinktem Blech, Micro-Metall (d.h. einer ferromagnetischen Folie, z.B. aus Fe40Ni40B20 (Atom%)) oder aus Mischungen davon hergestellt werden.

   Als beispielhafte Materialien für Abschirmelemente 4 aus Kunststoff seien hier PVC oder Stat-Kon<(RTM)> RC-1006 (Herstellerfirma: LNP Engineering Plastics Inc., Exton, PA) genannt. Als Materialien zur Metallisierung von Kunststoff für Abschirmelemente 4 eignen sich bspw. Aluminium, Kupfer, Zinn oder Mischungen davon. Das Abschirmelement 4 kann als Folie, Spritzgussteil, Formteil oder Stanz- und Biegeteil hergestellt werden.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmelement 4 elektrisch mit elektrisch leitenden Elementen auf der Leiterplatte 2 verbunden und sein elektrisches Potential auf deren Nullleiter (Masse) gelegt. So werden auch kapazitive Einflüsse abgeschirmt.

   Zu diesem Zweck wird das Abschirmelement 4 bspw. durch Löten, Kleben mit leitfähigem Klebstoff, Punktschweissen, Ultraschallschweissen, mechanische Reibung etc. mit der Leiterplatte 2 verbunden.

[0018] In einer anderen Ausführungsform könnte die elektronische Schaltung 3 oder Teile davon auf der Aussenseite der Leiterplatte 2 angebracht und mit einem erfindungsgemässen Abschirmelement 4 abgeschirmt sein. Auch Ausführungsformen mit mehreren Abschirmelementen 4, welche entweder auf einer Fläche 21, 22 oder sowohl auf der Innenfläche 22 als auch auf der Aussenfläche 21 der Leiterplatte 2 angebracht sind, gehören zum Gegenstand der Erfindung. Die Leiterplatte 2 kann starr oder auch flexibel, d.h. als Folienleiterplatte ausgebildet, sein; bei einer flexiblen Leiterplatte 2 wird vorzugsweise ein flexibles Abschirmelement 4, bspw. aus einer Folie, verwendet.

   Der Fachmann kann bei Kenntnis der Erfindung aus den hier angegebenen Beispielen weitere Ausführungsformen herleiten.

Claims (11)

1. Blendschutzvorrichtung, vorzugsweise für den Einsatz als Sichtfenster für Schweisserschutzmasken, -helme oder -brillen, beinhaltend ein aktives Filterelement (11) mit beeinflussbarer Lichttransmission von einem Aussenhalbraum (91) in einen Innenhalbraum (92), und eine elektronische Schaltung (3) zur Beeinflussung des Filterelementes (11), welche eine Auswerteschaltung (31) und eine Ansteuerschaltung (32) aufweist, welche auf zumindest einer Fläche (22) einer Leiterplatte (2) angebracht sind, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Material beinhaltendes Abschirmelement (4) zur Abschirmung von zumindest einem Teil der Auswerteschaltung (31) gegen störende elektromagnetische Einflüsse, welche von der Ansteuerschaltung (32) erzeugt werden.

2. Blendschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte (2) eine dem Innenhalbraum (92) zugewandte Innenfläche (22) aufweist und die elektronische Schaltung (3) sowie das Abschirmelement (4) auf der Innenfläche (22) der Leiterplatte (2) angebracht sind.

3. Blendschutzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Leiterplatte (2) eine dem Aussenhalbraum (91) zugewandte Aussenfläche (21) aufweist, welche mit Abschirmmitteln gegen elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise einem Gitter aus metallischen Leiterbahnen, versehen ist.

4. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, beinhaltend einen Lichtsensor (5) zur Detektion einer Eigenschaft, vorzugsweise der Intensität, von aus dem Aussenhalbraum (91) einfallendem Licht, und wobei die Auswerteschaltung (31) eine Auswertung eines Sensorausgangssignals des Lichtsensors erzeugt.

5. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Abschirmelement (4) eine konkave Form aufweist.

6. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abschirmelement (4) eine im Wesentlichen rechteckige Platte (41) sowie zumindest teilweise hervorstehende Ränder (42), welche entlang des Umfangs der Platte (41) angeordnet sind, umfasst, und die Ränder (42) auf der Leiterplatte (2) angebracht und an dieser befestigt sind.

7. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Abschirmelement (4) irreversibel stoffschlüssig, bspw. durch Löten, Kleben, Punktschweissen, Ultraschallschweissen oder mechanische Reibung, mit der Leiterplatte (2) verbunden ist.

8. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abschirmelement (4) elektrisch mit elektrisch leitenden Elementen auf der Leiterplatte (2) verbunden ist.

9. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Abschirmelement (4) Metall, an mindestens einer Oberfläche metallisierten Kunststoff, mit Metallpartikeln versetzten Kunststoff oder Flexprint beinhaltet.

10. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Abschirmelement (4) als Folie, Spritzgussteil, Formteil oder Stanz- und Biegeteil hergestellt ist.

11. Blendschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Abschirmelement (4) eine im Wesentlichen rechteckige Platte (41) sowie zumindest teilweise hervorstehende Ränder (42), welche entlang des Umfang der Platte (41) angeordnet sind, umfasst.